DE3412889C2

DE3412889C2 - Bildaufnahmeanordnung

Info

Publication number: DE3412889C2
Application number: DE3412889A
Authority: DE
Inventors: Shigeru Tokorozawa Saitama Morokawa
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1983-04-08
Filing date: 1984-04-05
Publication date: 1986-11-06
Also published as: GB8407826D0; SG56487G; GB2140649A; HK83487A; DE3412889A1; US4581649A; GB2140649B; JPS59186481A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bildaufnahmesystem mit einem Bildsensor, der eine Vielzahl von Photodetektoren umfaßt, die in zwei Dimensionen angeordnet sind und mit einem optischen System, das eine Linse umfaßt, um ein Bild auf einem Bildsensor zu erzeugen, wobei der Bildsensor Bilddatensignale erzeugt. Weiterhin ist eine Vibrationseinrichtung vorgesehen, um das Bild auf dem Bildsensor hin- und herzubewegen, so daß auch die Bildsignaldaten hin- und herbewegt werden. Ein Umwandler wird synchron zu den hin- und hergehenden Bewegungen des Bildes betrieben, um die oszillierenden Bilddaten in feste Bilddaten umzuwandeln. Weiterhin ist ein Speicher vorgesehen, um die Daten für ein feststehendes Bild abzuspeichern. Mit einer Mehrheitslogikschaltung werden die geeignesten Daten aus den in dem Speicher abgespeicherten Daten ausgesucht und zur Erzeugung eines Bildes auf dem Bildsensor herangezogen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bildaufnahmeanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Bildaufnahmeanordnung ist beispielsweise aus der US-PS 40 13 832 bekannt.

Ein Büdsensor, der bei derartigen Biidaufnahmeanordnungen eingesetzt wird, hat eine große Anzahl von einzelnen Photodetektoren. Es ist sehr schwierig, Bildsensoren ohne defekte Photodetektoren herzustellen. Fehlerfreie Bildsensoren stellen nur einen sehr kleinen Teil der Bildsensorproduktion dar. D:es hat zur Folge, daß der Preis für einen Bildsensor, der ausschließlich aus fehlerfreien Photodetektoren besteht, sehr hoch ist.

Aus der DE-OS 29 21 251 ist es bereits bekannt, bei einem Bildabtaster unterschiedliche Empfindlichkeiten verschiedener Detektoren dadurch auszugleichen, daß zeitlich nacheinander jeder Teil des Bildes von unterschiedlichen Detektoren abgetastet wird.

Aus der US-PS 41 73 772 ist es bereits bekannt, zum Ausgleich verschiedener Empfindlichkeiten der Photodetektoren einer Büdaufnahmeanordnung zunächst eine fokussierte Abbildung und daraufhin eine defokussierte Abbildung eines Gegenstandes abzutasten, um dann aus den beiden Bildsignale« ein kompensiertes Bildsignal zu bilden.

Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Bildaufnahmeanordnung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß ein Büdsensor mit defekten Photodetektoren eingesetzt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Bildaufnahmeanordnung der eingangs genannten Art durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Die Auswahleinrichtung kann eine Schaltung beinhalten, die Daten analysiert und Daten nach einem festzusetzenden Kreislauf, wie beispielsweise nach dem Mehrheitsprinzip beurteilt, um geeignete Daten aus dem im Speicher gespeicherten Daten auszuwählen und um die Daten für das Bild auf diese Weise zu erzeugen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen bevorzugte Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 und 2 Darstellungen zum Erläutern des Prinzips der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3A eine schematische Anordnung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 3B eine andere Ausführungsform;

Fig. 4A und 4B einen Mehrheitslogikschaltkreis;

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Darstellung;

Fig. 6A bis 6C eine Vibrationseinrichtung für einen Büdsensor und Darstellungen der Datenabtasteinrich-

tung und des Registers eines Büdsensors und

Fig. 7A und 7B jeweils ein System, um die Daten eines defekten Photodetektors mit richtigen Daten aufzufüllen.

In Fig. 1 ist mit 100 ein Bildsensor bezeichnet, der eine Vielzahl von Photodetektoren umfaßt,, die auf einem Halbleiterchip in einem zweidimensionalen Mosaik angeordnet sind. Im Bildsensor wird ein Bild 104 in einem aufgenommenen Bild 102, welches einem Objekt entspricht, gebildet. Der Bildsensor hat defekte Photodetektoren D₁, D₃, D₅, D₁. Die defekten Photodetektoren D, und D₃ bewirken, daß in dem Bud 104 die entsprechenden Bereiche leer sind. Wenn der Bildsensor 100 um einen kleinen Betrag verschoben wird, wird das Bild 102 in eine Position in dem aufgenommenen Bild 112 verschoben und ein Bild 114 in einer entsprechenden Position erzeugt. In der verschobenen Position schließt das Bild 114 den defekten Phptodetektor D₇ mit ein. Wenn beide Bilder 104 und li4übereinjindergeiegt werden, kann ein Bild ohne leere Stellen erzeugt werden.

Die Fig. 2A bis 2C zeigen drei Bilder 202,222, 242, die jeweils in verschiedenen Bereichen des Abbfldungssensors aufgenommen worden sind. Das Bild 201 schließt die defekten Photodetektoren 204 und 206, das Bild 221 den defekten Photodetektor 228 und das Bud 241 den defekten Detektor 244 ein. Der defekte Photodetektor 204 hat in dem Bild 202 die Koordinaten 5,5, was zur Folge hat, daß an der entsprechenden Position eine Leerstelle entsteht. In den Bildern 221 und 241 jedoch ist die Position 5,5 schwarz. Die Positionen der anderen defekten Detektoren fallen nicht miteinander zusammen. Wenn daher alle Bildelemente (Photodetektoren) der drei Bilder entsprechend den Prinzipien der Mehrheitsregel übereinander gelegt werden, kann ein kompletter Bilddatensatz 261 ohne Leerstellen zu einem kombinierten Bild 262, wie dies in Fig. 2D dargestellt ist, zusammengefaßt werden.

In Fig. 3Λ ist in schematischer Darstellung eine Ausführungsform vorliegender Erfindung dargestellt. Ein Objekt 304 auf einem Subjekt 302 wird auf einen Bildsensor 316 mittels einer Linse 306 projiziert, um dort ein Bild 317 zu erzeugen. Der Bildsensor 316 ist zum Betrieb mit einem Tauchkern 314 eines Vibrators 938 verbunden. Der Tauchkern 314 wird durch die Anregung der Spule 312, die durch einen Vibrationssignalgenerator 310 in Abhängigkeit eines Signales 5] erregt wird, hin- und herbewegt, so daß der Bildsensor 316 entsprechend hin- und iliirbewegt wird. Dadurch wird auch das Bild 317 auf dem Bildsensor in bezug auf den so Bildsensor hin- und herbewegt. Obwohl sich die Position des Bildes in absoluten Koordinaten nicht ändert.

Die Bildsignale des Büdsensors 316 werden auf einen Abtaster 318 gegeben, um die Vibrationssignale in feste Bildsignale durch ein Signal S₂, welches synchron mit ss dem Signal 5, ist, umzuwandeln. Die festen Bildsignale werden einem Mehrheitslogikschaltkreis 320 zugeführt, durch den Leerstellen, die von defekten Photodetektoren in dem Bildsensor herrühren, überdeckt werden. Der Mehrheitslogikschaltkreis 320 erzeugt daher kornplette (reparierte) Bilddaten S₃. Die reparierten Bilddaten können sowohl parallel oder in Serie erhalten werden.

Es ist schwierig, gemäß den Prinzipien der Mehrheitsrcgel mit analogen Daten zu arbeiten, da diese Regel nicht klar definiert ist. 'ji der vorliegenden Beschreibung werden verschiedene Auswahlmethoden unter dem Begriff Mehrheitsregel verstanden. Eine erste Methode besteht darin, daß analoge Daten je nach Betrag der einzelnen Daten in eine Vielzahl von Klassen eingeteilt werden und die eingeteilten oder sortierten Daten, welche die betragsmäßig höchste Frequenz haben, ausgewählt werden und der Betrag dann als das geeignetste Datensignal angesehen wird.

Eine zweite Methode besteht darin, daß analoge Daten mit einer Referenzgröße durch eine Vergleicherschaltung verglichen werden, um die Daten in Daten mit hohem und Daten mit niedrigem Level zu sortieren. Dann werden die Daten einem Mehrheitslogikschaltkreis zugeführt, um geeignete Daten auszuwählen. Eine dritte Möglichkeit besteht darin, daß die analogen Daten mit Hilfe eines Analog-Digitalkpnverters (A/D-Konverter) zeitlich getrennt umgewandelt werden und die digitalen Daten dann nacheinander in einem Speicher abgespeichert werden. Die digitalen Daten werden dann gemäß dem Prinzip der Mehrheitsregel ausgewertet, um die geeigneten Daten auszuwählen.

In Fig. 4A ist ein Beispiel eimis Mehrheitslogikschaltkreises gemäß der oben als zweiter beschriopenen Methode dargestellt. Die Datensignale Sn, Si₂, S_J3 haben jeweils entweder einen hohen Level oder einen tiefen Level. Die Daten werden auf drei AND-Gatter 410 un<i OR-Gatter 411 gegeben, die entsprechend der Majoritätsregel ein aufbereitetes Datensignal S_it! erzeugt. In Fig. 4B ist ein weiteres Beispiel eines Mehrheitslogikschaltkreises für ηεμη Daten S_n bis S₃₃ dargestellt. Diese Daten werden auf einen die maximalen und minimalen Signaldaten abweisenden Schaltkreis 412 gegeben, der die Daten beseitigt, welche den maximalen und den minimalen Wert haben, um die Effekte zu vermindern, die durch solche extrem abweichenden Daten entstehen. Die danach zurückbleibenden sieben Daten werden in die Daten N₁ bis N₇ umgewandelt, wobei jeder dieser Daten entweder einen hohen oder einen niedrigen Level hat und mittels des Mehrheitslogikschaltkreises ausgewertet, der eine Vielzahl von AND-Gattern und OR-Gattern besitzt, um ein aufbereitetes Datensignal S₁₀ zu erzeugen.

Als weitere Datenauslesemethode kann die oben als dritte angeführte Methode verwendet werden. Gemäß dieser Methode werden die verbleibenden sieben analogen Daten in digitale Daten mittels eines A/D-Konverters umgewandelt und die digitalen Daten dann in einem digitalen Speicher gespeichert. Die gespeicherten digitalen Daten werden so ausgewählt, daß sie ein Histogramm bilden. Von diesem Histogramm werden die Daten als geeignete Daten ausgewählt, die die höchste Frequenz haben. Weiter ist es auch möglich, ein Datensignal auszuwählen, welches einen zentralen Wert im Sinne der Methode der kleinsten Quadrate besitzt.

In Fig. S ist ein erfindungsgemäßes System dargestellt, das nach dpr als dritten genannt»! Methode arbeitet. Ein Bildsensor 506, der ein Bild 1 empfängt, wird mittels des Vibrators 502 entsprechend des Signals C₀ hin-und herbewegt. Die Ausgangsdaten des Bildsensors 506 werden ir> feste Daten mittels des Abtasters 508 entsprechend des Signals C, umgewandelt. Die Ausgangsdaten des Umwandlers werden wiederum in digitale Daten mittels des A/D-Konverters flO umgewandelt und dann nacheinander in den Speicher 515 einer Datenauswahleinrichtung 512 in Abhängigkeit der Signale C₂ und C₃ gespeichert. Die gespeicherten Daten werden mit verschiedenen Referenzwerten mit Hilfe des Vergleichers 516 verglichen, um ein Histogramm zu bilden. Das Histogramm wird in einem Speicher 518 in Abhängigkeit eines Signals C₄ gespeichert. Aus den

10

IS

20

gespeicherten Daten werden die geeignetsten Daten mit Hilfe der Datenauswahleinrichtung 520 nach dem Mehrheitsregelprinzip oder der Methode der kleinsten Quadrate in Abhängigkeit eines Signals C₅ ausgewählt. Die ausgewählten Bildsignaldaten werden daher von der Datenauswahleinrichtung 520 erzeugt.

In Fig. 6A ist ein Beispiel eines Vibrators dargestellt. Der Vibrator umfaßt ein piezoelektrisches Vibratorelementenpaar 602 und 604, welches jeweils an beiden Seiten einer Trägerplatte 601, die an einer Stützplatte 610 aufliegt, angeordnet ist. Das piezoelektrische Vibratorelement kann Bariumtitanat, Rochellsalz, ein Schwingkristall oder ähnliches sein. Auf dem Vibratorelement 602 ist eine Elektrode 622 befestigt, auf der wiederum der Bildsensor 606 befestigt ist. Auf der anderen Seite ist ein Gegengewicht 608 mit einer Elektrode 624 für das Vibratorelement 604 angeordnet. Wenn daher beide Vibratorelemente 602 und 604 durch ein Signal von einer Antriebssignalquelle 620 angetrieben werden, wird der Bildsensor 606 und das Gegengewicht 608 in umgekehrten Richtungen hin- und herbewegt. Dadurch wird die Schwingung des Systems ausgelöscht.

In Fig. 6B ist die Beziehung zwischen der Verrükkurig des Bildsensors und der Phase der Datenabtastung dargestellt. Dieses System erzeugt durch die Abtasttaktgeber CLA, CLB, CLC und CLD, die phasenverschiedem sind, vier Bilddaten A, B, C und D. Wie in Fig. 6C dargestellt ist, werden diese Daten A, B, C und D in entsprechenden Shiftregistern SRG A, SRG B, SRG C χ und SRG D registriert und durch die Taktgebersignale ClS geshiftet. Die Shiftregister entsprechen den Speichern 514 der Fig. S. Die registrierten Daten werden dann auf die Datenauswahleinheit 512 gegeben, die der Einheit der Fig. 5 entspricht, um das geeignetste Ausgangssigna! auszuwählen. Obwohl in dein dargestellten Ausführungsbeispiel der Bildsensor in eindimensionaler Richtung hin- und herbewegt wird, kann er auch in zwei Dimensionen hin- und herbewegt werden. Weiterhin kann der Sensor in zwei Richtungen einer Linsenachse hin- und herbewegt werden, um die Daten eines klaren Bildes auszuwählen und ein klares Bild zu formen. Als Vibrator können verschiedene elektromechanische Umwandler, wie z. B. ein elektrisch angetriebener Summer, verwendet werden. Wenn der Bildsensor willkürlich oder pseudowillkürlich hin- und herbewegt wird, ist es möglich, die Wahrscheinlichkeit der Bilderzeugung eines defekten Detektors als weißes Rauschen zu zerstreuen. Bei der Vibration unter pseudowillkürlichen Bedingungen liegen die Amplituden und die Frequenzen innerhalb eines vorbestimmten Bereichs.

Als Bildsensor kann ein MOS-Festkörpertyp, ein CCD (Ladungsverschiebeelement) oder ein BBD (Eirner-Kettenspeicher) verwendet werden. Der BiIdsensor, Abtaster und die anderen Schaltkreise, wie z. B. die Mehrheitslogikschaltung können auf einem Chip ausgebildet werden.

Während in den obengenannten Ausführungsbeispielen das Bild auf dem Bildsensor hin- und herbewegt wird, indem der Bildsensor hin- und herbewegt wird, ist es auch möglich, ein System vorzusehen, bei dem der Bildsensor fest ist und ein zusätzliches Element im optischen System, wie z. B. eine Linse, hin- und herbewegt wird, um das Bild auf dem Sensor hin- und herzubewegen. Dies liegt auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 3B ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der ein Teil des optischen

45

so

55

60

65 Systems hin- und herbewegt wird. In diesem System ist ein Prisma 330 in dem optischen System vorgesehen, welches so angepaßt ist, daß es durch den Vibrator 308 hin- und herbewegt werden kann. Die weiteren Bauteile dieses Systems sind dieselben wie das in Fig. 3A dargestellt und durch dieselben Referenznummern bezeichnet ist. Durch die Hin- und Herbewegung des Prismus 330 in Richtung des Pfeils wird das Bild 317 auf dem Bildsensor hin- und herbewegt. Das Bild 317 wird auch durch eine Schwingungsbewegung des Prismas 330 um die Achse 331 hin- und herbewegt. Darüber hinaus ist es möglich, das Bild auf dem Bildsensor durch eine Hin- und Herbewegung der Linse 306 oder durch einen schwingenden Spiegel, der im optischen System vorgesehen ist, hin- und herzubewegen.

Gemäß den obenbeschriebenen Systemen werden die von den defekten Photodetektoren nachgewiesenen Daten so verwendet, wie sie sind. Wenn jedoch die Daten eines defekten Detektors, dessen Position bekannt ist, mit richtigen Größen aufgefüllt werden, können bessere Bilddaten erzeugt werden. Eine Methode, die Daten zu ersetzen, besteht darin, daß die Daten eines defekten Detektors durch die Daten eines angrenzenden Detektors ersetzt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Daten des defekten Detektors durch einen aus den Daten der an beidun Seiten angrenzenden Detektoren ermittelten Mittelwert zu ersetzen.

In Fig. 7A ist ein Beispiel der erstgenannten Methode dargestellt. Dort ist ein Speicher 701, der dem Speicher 514 entspricht und ein ROM 702 vorgesehen, in welchen Signaldaten an den Stellen der defekten Detektoren gespeichert sind. Das ROM ist so ausgebildet, daß es an der Signaladresse eines defekten Detektors ein niederes Ausgangssignal A₀ erzeugt. In dem Speicher 781 ist das Datensignal D_n an dem Platz η defekt. Wenn das Speicherelement an der Adresse η angesteuert wird, wird das angesteuerte Signal η auf den ROM 702 gegeben, so daß dieser ein niederpegliges Ausgangssignal A₀ erzeugt. Demgemäß erzeugt ein AND-Gatter 703 ein Signal £>„_i, welches zuvor in der danebenliegenden Adresse gespeichert war. Dieses Signal /)„_] wird von dem OR-Gatter 704 als Signal der Adresse η erzeugt.

In Fig. TB ist in einem Beispiel die letztgenannte Methode dargestellt. Bei diesem System ist ein Mittelwertschaltkreis 710 vorgesehen, der einen Mittelwert der Signale Z)„_, und D„_+I zu beiden Seiten einer defekten Detektorenadresse η erzeugt. Wenn ein nied·. .pegliges Ausgangssignal A₀ aus dem ROM 702 auf den Miittelwertschaltkreis 710 gegeben wird, erzeugt dieser Schaltkreis einen Mittelwert, der durch das AND-Gatter 703 hindurchtritt. Das OR-Gatter 704 erzeugt ein Ausgangssignal anstelle eines defekten Detektors. Somit werden die Signale eines defekten photodetektors durch geeignete Werte ersetzt, wodurch bessere und geeignetere Bilddaten erzeugt werden.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspüche:

1. Bildaufnahmeanordnung mit einem eine Vielzahl von in zwei Dimensionen angeordneten Photo- s dedektoren aufweisenden Bildsensor, mit einem optischen System zum Abbilden eines Bildes auf dem Bildsensor, mit einer Speichereinrichtung zum Speichern von Bilddaten und mit einer Auswahleinrichtung zum Auswählen von Daten aus den in dem Speicher abgespeicherten Daten und zum Erzeugen von Bildsignalen, gekennzeichnet durch

eine Vibrationseinrichtung (308) zum Hin- und Herbewegen der Abbildung auf dem Bildsensor, und durch eine Bildumwandlungseinrichtung (318), die is synchron zu der Hin- und Herbewegung der Abbildung arbeitet und das die hin- und herbewegte Abbildung darstellende, von dem Bildsensor erzeugte jäignal in ein ein feststehendes Bild darstellendes Bildsignal umwandeil und dies der Speichereinrichtung (514) zuführt.

2. Bildaufnahmeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationseinrichtung (308) von einem elektromechanischen Umwandler gebildet wird.

3. Bildaufnahmeanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromechanische Umwandler ein piezoelektrisches Element (602, 604) ist.

4. Bildau/nahmeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hin- und Herbewegung der Abbildung innerhalb eines vorbestimmten Amplituden- und Frequenzbereiches unter pseudozufälligen Bedingungen erfolgt.

5. Büdaufnahmeanordnung nach einen«, der « Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hin- und Herbewegung des Bildes in einer zweidimensionalen Ebene erfolgt.

6. Bildaufnahmeanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hin- und Herbewegung weiterhin in Richtung einer optischen Achse (331) des optischen Systems erfolgt.

7. Bildaufnahmeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationseinrichtung (308) so ausgestaltet ist, daß ein Teil des optischen Systems hin- und herbewegt wird.

8. Bildaufnahmeanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des optischen Systems eine Linse (308) ist. so

9. Bildaufnahmeanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des optischen Systems ein Prisma (330) ist.

10. Bildaufnahmeanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahleinrichtung einen Mehrheitslogikschaltkreis (320) zur Auswahl der geeigneten Daten umfaßt.

11. Bildaufnahmeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahleinrichtung (512) einen Speicher (518) umfaßt, um entsprechende Daten an den Stellen der defekten Photodetektoren (D₁, D₃, D₅, D₇) des Bildsensors (506) abzuspeichern und weiterhin einen Schaltkreis (702, 703, 704) umfaßt, um die Signale der defekten Photodetektoren durch andere Daten zu ersetzen.

12. Bildaufnahmeanordnung nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet, daß die anderen Daten Daten eines Photodetektors sind, der neben dem defekten Photodetektor liegt.

13. Bildaufnahmeanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die anderen Daten durch eine Mittelwertbildung der Daten der Photodetektoren zu beiden Seiten eines defekten Photodetektors gebildet werden.

14. Bildaufnahmeanordnung nach Anspruch II, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher ein nichtleistungsabhängiger Halbleiterspeicher ist.